水利工程建設(shè)中的鉆孔灌注樁施工技術(shù)

梁孝海 廣東建工對(duì)外建設(shè)有限公司

1.工程概況

某泵站設(shè)計(jì)用到的是濕室泵房結(jié)構(gòu)，從地質(zhì)情況來(lái)看，泵室底板持力層的土壤性質(zhì)呈現(xiàn)粉質(zhì)，承載力是100kPa，其不符合設(shè)計(jì)要求。此時(shí)利用鉆孔灌注樁進(jìn)行處理，單樁的承載力極限值設(shè)計(jì)為3000kN、柱徑是80cm。主泵室樁縱橫之間的距離保持在2.5m，而柱深保持在15.3m。泵站灌注樁基的數(shù)量是112根，其中包括了進(jìn)水池兩節(jié)扶彼擋墻柱基，樁基的數(shù)量比較多，其對(duì)于工程質(zhì)量、工程進(jìn)展發(fā)揮了重要作用。

2.鉆孔灌注樁的施工技術(shù)

2.1 鉆機(jī)就位

完成護(hù)筒的埋設(shè)作業(yè)后，根據(jù)要求將鉆機(jī)轉(zhuǎn)移至指定施工位置。沖擊鉆機(jī)為主要施工設(shè)備，可選型號(hào)主要為CZ-30型沖擊鉆機(jī)。保證底座具有穩(wěn)定性，可設(shè)置適量枕木以作為支墊而使用，再利用平尺測(cè)量，保證底座各處都處于相同水平線上，從而給鉆機(jī)的運(yùn)行提供良好的基礎(chǔ)條件。

2.2 成孔

鉆架在鉆孔過(guò)程中應(yīng)將鉆頭瞄準(zhǔn)樁位中心且保持平穩(wěn)，鉆機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備施工前應(yīng)確保其性能完好，檢查無(wú)誤后，在保證護(hù)筒順利埋沒(méi)且泥漿分量足夠的情況下，鉆機(jī)即可開(kāi)展作業(yè)。首先，需要將泥漿倒進(jìn)樁孔內(nèi)，借助沖擊錐以小沖程的形式多次沖打。防護(hù)筒頂部0.3m再往下的位置是孔內(nèi)水位，其在該環(huán)節(jié)中應(yīng)比防護(hù)筒邊緣腳和地下水位高1.5～2.0m。

地層沖擊作業(yè)的類型發(fā)生變化，沖程和泥漿控制指標(biāo)也應(yīng)隨之改變。鉆孔進(jìn)尺的速度應(yīng)≤2m/h，孔壁用鉆頭固定。拋填片石在各別軟而疏松的地層上，如淤泥質(zhì)地層。

排渣時(shí)，可借助泵吸反循環(huán)進(jìn)行。打孔時(shí)，向前鉆進(jìn)4～5m就應(yīng)進(jìn)行一次排渣。通常在覆巖正常鉆孔時(shí)，一班出渣一次。鉆到巖層中去后，平均0.5～1m的進(jìn)尺就可出渣一次。排渣時(shí)孔中的水頭高度維持不變。確保綠色生產(chǎn)，爭(zhēng)取凈化并重復(fù)利用好污泥分離器排出的污泥。

以設(shè)計(jì)柱直徑為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上增加12～22mm并將其作為鋼護(hù)筒的直徑控制標(biāo)準(zhǔn)。保證鋼護(hù)筒埋設(shè)過(guò)程中始終維持穩(wěn)定狀態(tài)，檢驗(yàn)鋼護(hù)筒和樁位兩者的中心，產(chǎn)生的偏差必須在50mm內(nèi)，以現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件為參考合理控制埋深，粘土地層通常需超過(guò)1m，砂土地層則要將埋深提升到1.5m或更多。

2.3 鉆孔

護(hù)筒上可附著適量粘土，對(duì)于地表土較為松散的情況，還可增加適量片石。通過(guò)鉆頭的自重作用使石塊和泥膏受到擠壓作用并向孔壁處聚集。施工期間的干擾因素較多，易出現(xiàn)地坪標(biāo)高變化的現(xiàn)象，為避免鉆孔深度偏差，必須保證樁架具有足夠的穩(wěn)定性，要求底梁的高度以及樁的長(zhǎng)度都足夠合理，做好標(biāo)記以便掌握實(shí)際施工狀況?？紤]地質(zhì)條件對(duì)鉆進(jìn)效果的影響，合理調(diào)整鉆機(jī)的速度，做好信息記錄工作。

2.4 護(hù)壁泥漿

清孔是順利開(kāi)展泥漿護(hù)壁作業(yè)的重要前提，保證孔底不堆積大量沉渣，使泥漿的密度和含渣量都維持在合理范圍內(nèi)。高性能的泥漿可以保證孔壁的穩(wěn)定性，也具有固定地層的作用，泥漿在滲透作用下將會(huì)持續(xù)進(jìn)入孔壁四周，全面阻止?jié)B漏。為確保泥漿使用效果，其黏度應(yīng)在22～25s內(nèi)，孔內(nèi)泥漿需高于地下1m。

2.5 鋼筋籠的安裝

鋼筋籠安裝遵循以下步驟：（1）以孔頂高度為準(zhǔn)，可確定鋼筋籠頂端的吊筋；（2）起吊點(diǎn)應(yīng)螺栓緊固，按直徑方向設(shè)置，吊運(yùn)時(shí)避免鋼籠發(fā)生變形，吊運(yùn)后使鋼籠處于自然直線狀態(tài)；（3）鋼筋籠吊起時(shí)應(yīng)與孔位對(duì)應(yīng)整齊，緩慢下放；（4）孔內(nèi)水位在下放時(shí)可能發(fā)生變化，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)。若有異常，立即停放并查看是否存在坍孔；（5）將滿足保護(hù)層厚度要求的混凝土墊塊墊在鋼筋籠骨架外。豎向距離2m，橫向則圍繞圓均勻地放置6個(gè)墊塊。設(shè)“十”形內(nèi)撐在鋼筋籠的所有加勁筋中，即將抵達(dá)孔口將其拆除，此舉能有效防止鋼筋籠變形。

2.6 灌注混凝土

混凝土坍落度、導(dǎo)管的埋深及混凝土攪拌時(shí)間都是影響混凝土灌注的重要因素。如果控制不好，堵管、夾泥等諸多問(wèn)題就會(huì)頻發(fā)。其中，18～20cm是混凝土坍落度的最佳范圍，埋深最好介于2～6m。此外，導(dǎo)管最下面也應(yīng)高于混凝土面最頂端。混凝土應(yīng)具有良好的抗壓強(qiáng)度，為提高其強(qiáng)度可以在灌注混凝土?xí)r快要靠近柱頂?shù)?m處對(duì)坍落度做一定調(diào)整。

3.施工注意事項(xiàng)分析

3.1 沖擊鉆孔

沖擊鉆進(jìn)階段要嚴(yán)格控制好成孔速度，為達(dá)到良好的鉆進(jìn)效果，需確保鉆頭可以產(chǎn)生足夠的沖擊力，即鉆頭在孔內(nèi)下落時(shí)必須維持最大加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為此，要保證鉆頭重量的合理性，并調(diào)整好懸吊距離、沖擊行程以及沖擊頻率三項(xiàng)參數(shù)。通常而言，鉆頭重量的選擇要充分考慮到?jīng)_孔直徑，采取的是每1000mm取100～140kg的方式，具體視土層地質(zhì)情況而定，硬巖土層則取該區(qū)間的最大值，反之則選擇最小值。最優(yōu)懸吊距離指的是鉆頭可以形成最大切入深度并且不存在任何的鋼絲繩剩余量，通常狀況下以0.5～0.8m為宜，若懸距超出該區(qū)間，將導(dǎo)致鋼絲繩異常抖動(dòng)。關(guān)于沖擊行程的選擇，通常以0.78～1.5m較為合適，頻率控制在40～80次/min。地層情況是鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔必須考慮的要素，也是調(diào)整鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的重要依據(jù)，開(kāi)孔過(guò)程中要做到低錘勤擊，此階段的錘高以0.4～1.0m為宜，不可發(fā)生偏斜現(xiàn)象。以孔深的實(shí)際情況為準(zhǔn)，當(dāng)其達(dá)到護(hù)筒下3～4m時(shí)，即可在前一節(jié)段的基礎(chǔ)上加快速度，實(shí)現(xiàn)正常且連續(xù)的沖擊作業(yè)。檢查鉆頭的位置，若觸底則必須收繩，此時(shí)要避免鋼絲繩纏卷鉆具的現(xiàn)象，并注重對(duì)鋼絲繩狀況的檢查，明確其磨損情況，若異常則要及時(shí)采取維修或是換新等處理方式。

3.2 掏渣排渣

現(xiàn)階段較常見(jiàn)的排渣方法有兩種，即泥漿循環(huán)法和抽渣筒法。若選擇的是泥漿循環(huán)法，則以輸漿管為主要工具，將其插入到孔底后，在充足壓力的作用下則會(huì)給漿液的向上流動(dòng)提供通道，使殘?jiān)蛇B同漿液排出孔外，但此方法的局限之處在于必須保證壓力和流量，某項(xiàng)指標(biāo)存在差異均不利于排渣，因此在淺孔中具有可行性。關(guān)于抽渣筒法，其主要發(fā)生在鉆探深度達(dá)到4～5m之后，后續(xù)鉆進(jìn)時(shí)以0.5～1.Om為間隔依次抽渣，此方法在穩(wěn)定性不足的孔壁中具有可行性。若因特殊情況而停止鉆進(jìn)，恢復(fù)正常施工后需要由低沖程轉(zhuǎn)換到正常沖程，否則易出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。大直徑樁的施工量較大，應(yīng)遵循分級(jí)擴(kuò)孔的原則，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，第一級(jí)擴(kuò)孔量的控制標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)直徑的0.6～0.8倍。為保證沖鉆成圓孔，需要配備自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置，將其安裝到鉆頭錐頂和鋼絲繩間。鉆頭自重較大時(shí)優(yōu)先采用合金套，保證鋼絲繩具有足夠的強(qiáng)度，安全系數(shù)至少達(dá)到12，要求各卡扣均處于受力均勻的狀態(tài)。吊環(huán)與鋼絲繩連接所形成的彎曲處有必要設(shè)置槽形護(hù)鐵，在其作用下減緩磨損。

3.3 泥漿護(hù)壁

對(duì)于黏性土層條件下的鉆進(jìn)作業(yè)，可充分發(fā)揮出黏性土自然造漿的優(yōu)勢(shì)，鉆進(jìn)期間向孔內(nèi)注入適量清水，在經(jīng)過(guò)鉆頭沖搗作用后形成泥漿；若在砂礫石層中鉆進(jìn)，以膨潤(rùn)土造漿的方式為宜，充分考慮孔壁穩(wěn)定狀況，可以向孔內(nèi)投入適量黏土，擠入孔壁后增強(qiáng)其穩(wěn)定性；若存在無(wú)填充物的小型溶洞，可行方式是向其中投入黏土與石塊。

3.4 清孔

以沖孔深度滿足要求為前提，全面檢查孔的規(guī)格，滿足要求后即可清孔。向孔內(nèi)投入適量散碎黏土，保持低沖程的工作狀態(tài)并利用沖擊錘拌漿，確保存在于孔底的沉渣能夠被有效掏出。泥漿密度偏大時(shí)，可使用水泵注入清水緩解，但樁孔內(nèi)漿面不可發(fā)生變化，結(jié)束清孔后灌注水下混凝土。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上，作為水利工程施工中的重要技術(shù)，鉆孔灌注樁施工能夠有效控制地基的穩(wěn)固程度。只有熟練掌握該項(xiàng)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行合理地改進(jìn)才能使得類似工程順利進(jìn)行，在安全和質(zhì)量等方面有所保障，這也是本文結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析的根本目的，期待能為同行帶來(lái)更多思考或借鑒。